ليزر الحالة الصلبة

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

قضبان الليزر (من اليسار إلى اليمين): روبي ، ألكسندريت ، إربيوم:ياج ، نيوديميوم:ياج

الليزر ذو الحالة الصلبة هو ليزر يستخدم وسط تضخيم صلب ، عادةً ما يكون بلورة أو زجاج . [ 1 ] أما الليزرات القائمة على أشباه الموصلات مثل ثنائيات الليزر، فتُستثنى عمومًا، وتُعامل كفئة منفصلة من الليزر.

وسائط الحالة الصلبة

بشكل عام ، يتكون الوسط الفعال لليزر الحالة الصلبة من مادة زجاجية أو بلورية "مضيفة"، يُضاف إليها "مادة مُطعِّمة " مثل النيوديميوم ، أو الكروم ، أو الإربيوم، أو الثوليوم، أو الإيتربيوم. [ 4 ] العديد من المواد المُطعِّمة الشائعة هي عناصر أرضية نادرة ، لأن الحالات المُثارة لهذه الأيونات لا ترتبط بقوة بالاهتزازات الحرارية لشبكاتها البلورية ( الفونونات ) ، ويمكن الوصول إلى عتبات تشغيلها عند شدة ضخ ليزر منخفضة نسبيًا .

توجد مئات من المواد الصلبة التي تم فيها توليد الليزر، ولكن القليل منها فقط يُستخدم على نطاق واسع. ولعلّ أكثرها شيوعًا هو غارنيت الألومنيوم الإيتريوم المُطعّم بالنيوديميوم (Nd:YAG). كما يُستخدم الزجاج المُطعّم بالنيوديميوم (Nd:glass) والزجاج أو السيراميك المُطعّم بالإيتربيوم عند مستويات طاقة عالية جدًا ( تيراواط ) وطاقات عالية ( ميغا جول ) في الاندماج النووي بالقصور الذاتي متعدد الحزم .

كانت بلورات الياقوت الاصطناعية أول مادة استُخدمت في صناعة الليزر . ولا يزال ليزر الياقوت يُستخدم في بعض التطبيقات، ولكنه لم يعد شائعًا بسبب انخفاض كفاءته في استهلاك الطاقة. في درجة حرارة الغرفة، يُصدر ليزر الياقوت نبضات ضوئية قصيرة فقط، ولكن في درجات الحرارة المنخفضة جدًا، يمكن جعله يُصدر سلسلة متواصلة من النبضات. [ 5 ]

كان الوسط الثاني للتضخيم في الحالة الصلبة هو فلوريد الكالسيوم المشوب باليورانيوم . أجرى بيتر سوروكين وميريك ستيفنسون تجارب على هذه المادة في مختبرات شركة IBM في يوركتاون هايتس (الولايات المتحدة) في الستينيات وحققا الليزر عند 2.5 ميكرومتر بعد فترة وجيزة من ليزر الياقوت الخاص بمايمان . 

يمكن ضبط بعض ليزرات الحالة الصلبة باستخدام إيتالونات داخلية ، أو موشورات ، أو محززات ، أو مزيج منها. [ 6 ] يُستخدم الياقوت المُطعّم بالتيتانيوم على نطاق واسع لنطاق ضبطه الواسع، من 660 إلى 1080 نانومتر . أما ليزرات الألكسندريت ، فيمكن ضبطها من 700 إلى 820  نانومتر، وتُنتج نبضات طاقة أعلى من ليزرات التيتانيوم- الياقوت، وذلك بفضل زمن تخزين الطاقة الأطول في وسط التضخيم وعتبة التلف الأعلى .

ضخ

تُضخ وسائط الليزر ذات الحالة الصلبة عادةً ضوئيًا ، إما باستخدام مصباح وميضي أو مصباح قوس كهربائي ، أو بواسطة ثنائيات ليزرية . [ 1 ] تميل ليزرات الحالة الصلبة التي تُضخ بواسطة الثنائيات إلى أن تكون أكثر كفاءة بكثير، وقد أصبحت أكثر شيوعًا مع انخفاض تكلفة ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة . [ 7 ]

قفل الوضع

يُعدّ قفل الأنماط في ليزرات الحالة الصلبة وليزر الألياف ذا تطبيقات واسعة، إذ يُمكن من خلاله الحصول على نبضات فائقة القصر ذات طاقة عالية. [ 1 ] يوجد نوعان من المواد الماصة المشبعة شائعة الاستخدام في قفل الأنماط: SESAM، [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] وأنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWCNT). كما استُخدم الجرافين أيضًا. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] تعتمد هذه المواد على سلوك بصري غير خطي يُسمى الامتصاص المشبع لإنتاج نبضات قصيرة من الليزر.

التطبيقات

تُستخدم ليزرات الحالة الصلبة في الأبحاث والعلاج الطبي والتطبيقات العسكرية، وغيرها. وتُعدّ ليزرات الحالة الصلبة ذات التبديل السلبي Q مفيدة في تحديد المدى والتصوير ثلاثي الأبعاد والاستئصال الضوئي وقياس طيف الانهيار الناتج عن الليزر . [ 14 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 هيلر، يورغ (1 مارس 2022). "مقدمة في ليزرات الحالة الصلبة" . www.techbriefs.com . مجموعة SAE الإعلامية . تم الاطلاع عليه في 7 أغسطس 2022 .
  2. ↑ سينغ، جي.؛ بورناويرمان؛ برادلي، جيه دي بي؛ لي، إن.؛ ماغدن، إي إس؛ موريسكو، إم.؛ آدم، تي إن؛ ليك، جي.؛ كولباو، دي.؛ واتس، إم آر (2016). "ليزر الموجات الموجهة المضخمة بالرنين والمطعّمة بالإربيوم باستخدام تجاويف عاكسة براغ موزعة" . رسائل البصريات . 41 (6): 1189-1192 . رمز Bibcode : 2016OptL...41.1189S . doi : 10.1364/OL.41.001189 . PMID 26977666 . 
  3. ↑ سو، ز.؛ لي، ن.؛ ماجدن، إي إس؛ بيرد، م.؛ بورناويرمان؛ آدم، تي إن؛ ليك، ج.؛ كولباو، د.؛ برادلي، جي دي؛ واتس، إم آر (2016). "ليزر تجويف دقيق من الثوليوم فائق الصغر ومنخفض العتبة مُدمج بشكل متجانس على السيليكون" . رسائل البصريات . 41 (24): 5708-5711 . Bibcode : 2016OptL...41.5708S . doi : 10.1364/OL.41.005708 . PMID 27973495 . 
  4. ↑ Z. Su, JD Bradley, N. Li, ES Magden, Purnawirman, D. Coleman, N. Fahrenkopf, C. Baiocco, T. Adam, G. Leake, D. Coolbaugh, D. Vermeulen, and MR Watts (2016) "Ultra-Compact CMOS-Compatible Yitterbium Microlaser" , Integrated Photonics Research, Silicon and Nanophotonics 2016 , IW1A.3.
  5. ↑ "الكشف عن التشغيل المستمر لليزر ذي الحالة الصلبة بواسطة BTL" (ملف PDF) . علم الفلك : 74. مارس 1962.
  6. ↑ NP Barnes، ليزرات الحالة الصلبة للمعادن الانتقالية، في كتيب الليزر القابل للضبط ، FJ Duarte (محرر) (أكاديميك، نيويورك، 1995).
  7. ↑ "الليزر المضخّم بالديود: الأداء والموثوقية يعززان التطبيقات" . photonics.com .
  8. ↑ H. Zhang et al., "Induced solitons could by cross polarization coupling in a birefringent cavity fiber laser" Archived 7 July 2011 at the Wayback Machine , Opt. Lett., 33, 2317–2319.(2008).
  9. ↑ DY Tang et al., "Observation of high-order polarization-locked vector solitons in a fiber laser" Archived 20 January 2010 at the Wayback Machine , Physical Review Letters , 101, 153904 (2008).
  10. ↑ LM Zhao et al., "Polarization rotation locking of vector solitons in a fiber ring laser" Archived 7 July 2011 at the Wayback Machine , Optics Express , 16,10053–10058 (2008).
  11. ↑ هـ. تشانغ؛ د. ي. تانغ؛ ل. م. تشاو؛ ك. ل. باو؛ ك. ب. لوه (2009). "قفل نمط الطاقة العالية لليزر ألياف مطعّم بالإربيوم مع طبقة غرافين ذرية" ( ملف PDF) . أوبتكس إكسبرس . 17 (20): 17630-17635 . arXiv : 0909.5536. Bibcode : 2009OExpr..1717630Z . doi : 10.1364/OE.17.017630 . PMID : 19907547. S2CID : 207313024. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 17 يوليو 2011.  
  12. ↑ هان تشانغ؛ تشياوليانغ باو؛ دينغ يوان تانغ؛ لومينغ تشاو؛ وكيان بينغ لوه (2009). "ليزر ألياف مُطعّم بالإربيوم ذو طاقة عالية مع مُقفل نمط مُركّب من الجرافين والبوليمر" (ملف PDF) . رسائل الفيزياء التطبيقية . 95 (14): 141103. arXiv : 0909.5540 . Bibcode : 2009ApPhL..95n1103Z . doi : 10.1063/1.3244206 . S2CID 119284608. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 17 يوليو 2011. 
  13. ↑ "الجرافين: ليزرات ذات نمط مقفل" . NPG Asia Materials . 21 ديسمبر 2009. doi : 10.1038/asiamat.2009.52 .
  14. ↑ سيناروغلو، ألفان، محرر. (2007). ليزرات الحالة الصلبة وتطبيقاتها (ملف PDF) . مطبعة CRC . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 ديسمبر 2025 .
  • كوشنر، والتر (1999). هندسة الليزر ذي الحالة الصلبة (  الطبعة الخامسة). سبرينغر. ISBN 978-3-540-65064-5.